Molis dujų normaliomis sąlygomis. Molinis dujų tūris

1 pamoka.

Tema: Medžiagos kiekis. Kurmis

Chemija yra mokslas apie medžiagas. Kaip išmatuoti medžiagas? Kokiais vienetais? Molekulėse, kurios sudaro medžiagas, tačiau tai padaryti labai sunku. Gramais, kilogramais ar miligramais, bet taip matuojama masė. Ką daryti, jei sujungsime masę, išmatuotą pagal skalę, ir medžiagos molekulių skaičių, ar tai įmanoma?

a) H-vandenilis

A n = 1a.u.m.

1a.u.m = 1,66*10 -24 g

Paimkime 1g vandenilio ir suskaičiuokime vandenilio atomų skaičių šioje masėje (tegul mokiniai tai daro skaičiuotuvu).

N n = 1 g / (1,66 * 10 -24) g = 6,02 * 10 23

b) O-deguonis

A o = 16 a.u.m = 16 * 1,67 * 10 -24 g

N o = 16 g / (16 * 1,66 * 10 -24) g = 6,02 * 10 23

c) C-anglis

A c = 12a.u.m = 12 * 1,67 * 10 -24 g

N c = 12 g / (12 * 1,66 * 10 -24) g = 6,02 * 10 23

Darykime išvadą: jei imtume medžiagos masę, kuri lygi atominė masė dydžio, bet skaičiuojant gramais, tada visada bus (bet kuriai medžiagai) 6,02 * 10 23 šios medžiagos atomai.

H 2 O – vanduo

18 g / (18 * 1,66 * 10 -24) g = 6,02 * 10 23 vandens molekulės ir kt.

N a = 6,02*10 23 – Avogadro skaičius arba konstanta.

Molis – tai medžiagos kiekis, kuriame yra 6,02 * 10 23 molekulės, atomai arba jonai, t.y. struktūriniai padaliniai.

Yra molekulių moliai, atomų moliai, jonų moliai.

n – apgamų skaičius, (apgamų skaičius dažnai žymimas nu),
N yra atomų arba molekulių skaičius,
N a = Avogadro konstanta.

Kmol = 10 3 mol, mmol = 10 -3 mol.

Parodykite Amedeo Avogadro portretą daugialypės terpės instaliacijoje ir trumpai pakalbėkite apie jį arba nurodykite mokiniui parengti trumpą pranešimą apie mokslininko gyvenimą.

2 pamoka.

Tema: „Medžiagos molinė masė“

Kokia yra 1 molio medžiagos masė? (Mokiniai dažnai gali padaryti išvadą patys.)

Vieno molio medžiagos masė lygi jos molekulinei masei, bet išreiškiama gramais. Vieno molio medžiagos masė vadinama moline mase ir žymima M.

Formulės:

M - molinė masė,
n - apgamų skaičius,
m yra medžiagos masė.

Molio masė matuojama g/mol, kmolių masė – kg/kmol, mmol masė – mg/mol.

Užpildykite lentelę (lentelės išdalintos).

3 pamoka.

Tema: Molinis dujų tūris

Išspręskime problemą. Nustatykite vandens, kurio masė yra, tūrį normaliomis sąlygomis 180 g

Duota:

Tie. skysčio tūris ir kietosios medžiagos Skaičiuojame pagal tankį.

Tačiau, skaičiuojant dujų tūrį, nebūtina žinoti tankio. Kodėl?

Italų mokslininkas Avogadro nustatė, kad m vienodos apimties yra skirtingų dujų tomis pačiomis sąlygomis (slėgis, temperatūra). tas pats numeris molekulės – šis teiginys vadinamas Avogadro dėsniu.

Tie. jei at vienodos sąlygos V(H 2) =V(O 2), tada n(H 2) =n(O 2) ir atvirkščiai, jei vienodomis sąlygomis n(H 2) =n(O 2), tai šių dujų tūriai bus tas pats. Ir medžiagos molis visada turi tą patį molekulių skaičių 6,02 * 10 23.

Darome išvadą - tomis pačiomis sąlygomis moliai dujų turėtų užimti tą patį tūrį.

Normaliomis sąlygomis (t=0, P=101,3 kPa. arba 760 mm Hg.) bet kokių dujų moliai užima vienodą tūrį. Šis tūris vadinamas moliniu.

V m =22,4 l/mol

1 kmol užima -22,4 m 3 /kmol tūrį, 1 mmol - -22,4 ml/mmol.

1 pavyzdys.(Spręstina lentoje):

2 pavyzdys.(Galite paprašyti mokinių išspręsti):

Paprašykite mokinių užpildyti lentelę.

1 molio medžiagos masė vadinama moline. Koks yra 1 molio medžiagos tūris? Akivaizdu, kad tai dar vadinama moliniu tūriu.

Kas yra lygus molinis tūris vandens? Kai išmatavome 1 molį vandens, ant svarstyklių nepasvėrėme 18 g vandens – tai nepatogu. Naudojome matavimo indus: cilindrą arba stiklinę, nes žinojome, kad vandens tankis yra 1 g/ml. Todėl molinis vandens tūris yra 18 ml/mol. Skysčiuose ir kietosios medžiagos molinis tūris priklauso nuo jų tankio (52 pav., a). Kitoks reikalas su dujomis (52 pav., b).

Ryžiai. 52.
Moliniai tūriai(Na.):
a - skysčiai ir kietosios medžiagos; b - dujinių medžiagų

Jei imsite 1 molį vandenilio H 2 (2 g), 1 mol deguonies O 2 (32 g), 1 mol ozono O 3 (48 g), 1 mol anglies dvideginio CO 2 (44 g) ir net 1 molis vandens garų H 2 O (18 g) tomis pačiomis sąlygomis, pavyzdžiui, normaliomis (chemijoje tai paprastai vadinama normaliomis sąlygomis (n.s.)) temperatūra 0 ° C ir slėgis 760 mm Hg. Art. , arba 101,3 kPa), tada paaiškėja, kad 1 molis bet kurių dujų užims tą patį tūrį, lygų 22,4 litro, ir turės tiek pat molekulių - 6 × 10 23.

O jei paimsite 44,8 litro dujų, tai kiek jų medžiagos bus paimta? Žinoma, 2 moliai, nes nurodytas tūris yra dvigubai didesnis už molinį tūrį. Taigi:

kur V yra dujų tūris. Iš čia

Molinis tūris yra fizinis kiekis, lygus santykiui medžiagos tūris iki medžiagos kiekio.

Dujinių medžiagų molinis tūris išreiškiamas l/mol. Vm - 22,4 l/mol. Vieno kilomolio tūris vadinamas kilomoliniu ir matuojamas m 3 /kmol (Vm = 22,4 m 3 /kmol). Atitinkamai milimolinis tūris yra 22,4 ml/mmol.

1 uždavinys. Raskite 33,6 m 3 amoniako NH 3 masę (n.s.).

2 uždavinys. Raskite 18 × 10 20 vandenilio sulfido H 2 S molekulių masę ir tūrį (n.v.).

Spręsdami užduotį atkreipkite dėmesį į molekulių skaičių 18 × 10 20. Kadangi 10 20 yra 1000 kartų mažesnis už 10 23, akivaizdu, kad skaičiavimai turėtų būti atliekami naudojant mmol, ml/mmol ir mg/mmol.

Pagrindiniai žodžiai ir frazės

1. Moliniai, milimoliniai ir kilomoliniai dujų tūriai.
2. Dujų molinis tūris (normaliomis sąlygomis) yra 22,4 l/mol.
3. Normalios sąlygos.

Darbas kompiuteriu

1. Susisiekite elektroninė paraiška. Išstudijuokite pamokos medžiagą ir atlikite skirtas užduotis.
2. Ieškokite internete pašto adresus, kuris gali tarnauti papildomų šaltinių, atskleidžiantis pastraipoje esančių raktinių žodžių ir frazių turinį. Pasiūlykite savo pagalbą mokytojui ruošiant naują pamoką – siųskite žinutę iki raktinius žodžius ir frazes kitoje pastraipoje.

Klausimai ir užduotys

1. Raskite molekulių masę ir skaičių ties n. u. už: a) 11,2 l deguonies; b) 5,6 m 3 azoto; c) 22,4 ml chloro.
2. Raskite tūrį, esantį ties n. u. ims: a) 3 g vandenilio; b) 96 kg ozono; c) 12 × 10 20 azoto molekulių.
3. Raskite argono, chloro, deguonies ir ozono tankius (1 litro masė) kambario temperatūroje. u. Kiek kiekvienos medžiagos molekulių bus 1 litre tomis pačiomis sąlygomis?
4. Apskaičiuokite 5 litrų masę (n.s.): a) deguonies; b) ozonas; c) anglies dioksidas CO 2.
5. Nurodykite, kuris yra sunkesnis: a) 5 l sieros dioksidas(SO 2) arba 5 litrus anglies dioksido (CO 2); b) 2 l anglies dioksido (CO 2) arba 3 l anglies monoksido(SO).

Kur m-masė, M-molinė masė, V apimties.

4. Avogadro dėsnis.Įkūrė italų fizikas Avogadro 1811 m. Identiškas bet kokių dujų tūris, paimtas toje pačioje temperatūroje ir slėgyje, turi tą patį molekulių skaičių.

Taigi, galime suformuluoti medžiagos kiekio sąvoką: 1 molis medžiagos turi dalelių, lygių 6,02 * 10 23 (vadinamą Avogadro konstanta)

Šio įstatymo pasekmė yra ta Normaliomis sąlygomis (P 0 = 101,3 kPa ir T 0 = 298 K) 1 molis bet kokių dujų užima tūrį, lygų 22,4 litro.

5. Boyle-Mariotte dėsnis

At pastovi temperatūra apimtis duotas kiekis dujos yra atvirkščiai proporcingos slėgiui, kuriame jos yra:

6. Gay-Lussac dėsnis

At pastovus slėgis dujų tūrio pokytis yra tiesiogiai proporcingas temperatūrai:

V/T = konst.

7. Galima išreikšti ryšį tarp dujų tūrio, slėgio ir temperatūros sujungti Boyle-Mariotte ir Gay-Lussac įstatymus, kuris naudojamas dujų kiekiui konvertuoti iš vienos būklės į kitą:

P 0 , V 0 , T 0 - tūrio ir temperatūros slėgis normaliomis sąlygomis: P 0 =760 mm Hg. Art. arba 101,3 kPa; T 0 = 273 K (0 0 C)

8. Nepriklausomas molekulinės vertės įvertinimas masės M galima atlikti naudojant vadinamąjį būsenų lygtis idealios dujos arba Clapeyrono-Mendelejevo lygtys :

pV=(m/M)*RT=vRT.(1.1)

Kur r - dujų slėgis į uždara sistema, V- sistemos tūris, T - dujų masė, T - absoliuti temperatūra, R- universali dujų konstanta.

Atkreipkite dėmesį, kad konstantos reikšmė R galima gauti pakeičiant reikšmes, apibūdinančias vieną molį dujų normaliomis sąlygomis, į (1.1) lygtį:

r = (p V)/(T)=(101,325 kPa 22.4 l)/(1 mol 273K)=8,31J/mol.K)

Problemų sprendimo pavyzdžiai

1 pavyzdys. Dujų tūrio padidinimas iki normalių sąlygų.

Kokį tūrį (n.s.) užims 0,4×10 -3 m 3 dujų, esančių 50 0 C temperatūroje ir 0,954×10 5 Pa slėgyje?

Sprendimas. Kad dujų tūris atitiktų normalias sąlygas, naudokite bendroji formulė, derinant Boyle-Mariotte ir Gay-Lussac įstatymus:

pV/T = p 0 V 0 / T 0 .

Dujų tūris (n.s.) lygus, kur T 0 = 273 K; p 0 = 1,013 × 10 5 Pa; T = 273 + 50 = 323 K;

M 3 = 0,32 × 10 -3 m 3.

Esant (normai) dujos užima tūrį, lygų 0,32×10 -3 m 3 .

2 pavyzdys. Santykinio dujų tankio apskaičiavimas pagal jų molekulinę masę.

Apskaičiuokite etano C 2 H 6 tankį pagal vandenilį ir orą.

Sprendimas. Iš Avogadro dėsnio išplaukia, kad santykinis vienų dujų tankis su kitomis yra lygus molekulinių masių santykiui. M val) šių dujų, t.y. D=M1/M2. Jeigu M 1 C2H6 = 30, M 2 H2 = 2, vidutinis molekulinė masė oro lygis yra 29, tada santykinis etano tankis vandenilio atžvilgiu yra D H2 = 30/2 =15.

Santykinis etano tankis ore: D oras= 30/29 = 1,03, t.y. etanas yra 15 kartų sunkesnis už vandenilį ir 1,03 karto sunkesnis už orą.

3 pavyzdys. Dujų mišinio vidutinės molekulinės masės nustatymas santykiniu tankiu.

Apskaičiuokite vidutinę dujų mišinio, sudaryto iš 80 % metano ir 20 % deguonies (tūrio), molekulinę masę, naudodami santykinį šių dujų tankį vandenilio atžvilgiu.

Sprendimas. Dažnai skaičiavimai atliekami pagal maišymo taisyklę, kuri yra dviejų komponentų dujų tūrių santykis. dujų mišinys atvirkščiai proporcingas mišinio tankio ir dujų, sudarančių šį mišinį, tankių skirtumams. Pažymėkime santykinis tankis dujų mišinys vandeniliu per D H2. ji padarys didesnis tankis metano, bet mažesnis tankis deguonis:

80D H2 – 640 = 320 – 20 D H2; D H2 = 9,6.

Šio dujų mišinio vandenilio tankis yra 9,6. vidutinė dujų mišinio molekulinė masė M H2 = 2 D H2 = 9,6 × 2 = 19,2.

4 pavyzdys. Dujų molinės masės apskaičiavimas.

0,327×10 -3 m 3 dujų masė 13 0 C temperatūroje ir 1,040×10 5 Pa slėgyje lygi 0,828×10 -3 kg. Apskaičiuokite dujų molinę masę.

Sprendimas. Dujų molinę masę galima apskaičiuoti naudojant Mendelejevo-Klapeirono lygtį:

Kur m– dujų masė; M– dujų molinė masė; R– molinė (universali) dujų konstanta, kurios reikšmė nustatoma priimtais matavimo vienetais.

Jei slėgis matuojamas Pa, o tūris – m3, tai R=8,3144×10 3 J/(kmol×K).

3.1. Atliekant atmosferos oro, darbo zonos oro, taip pat pramoninių išmetamųjų teršalų ir angliavandenilių matavimus dujotiekiuose, iškyla išmatuojamo oro tūrių atstatymo į normalias (standartines) sąlygas problema. Dažnai praktikoje, atliekant oro kokybės matavimus, išmatuotos koncentracijos neperskaičiuojamos į normalias sąlygas, todėl gaunami nepatikimi rezultatai.

Čia yra ištrauka iš standarto:

„Matavimai lemia standartines sąlygas, naudojant šią formulę:

C 0 = C 1 * P 0 T 1 / P 1 T 0

čia: C 0 – rezultatas, išreikštas masės vienetais oro tūrio vienetui, kg/kub. m, arba medžiagos kiekis oro tūrio vienete, mol/kub. m, esant standartinei temperatūrai ir slėgiui;

C 1 - rezultatas, išreikštas masės vienetais oro tūrio vienetui, kg / kubinis metras. m, arba medžiagos kiekis tūrio vienete

oras, mol/kub. m, esant temperatūrai T 1, K ir slėgiui P 1, kPa.

Supaprastintos formos redukavimo iki normalių sąlygų formulė yra tokia (2)

C 1 = C 0 * f, kur f = P 1 T 0 / P 0 T 1

standartinis normalizavimo perskaičiavimo koeficientas. Oro ir priemaišų parametrai matuojami esant skirtingoms temperatūros, slėgio ir drėgmės reikšmėms. Rezultatai suteikia standartines sąlygas išmatuotų oro kokybės parametrų palyginimui skirtingose ​​vietose ir skirtinguose klimatuose.

3.2. Įprastos pramonės sąlygos

Normalios sąlygos yra standartinės fizinės sąlygos, su kuriomis paprastai yra susijusios medžiagų savybės (standartinė temperatūra ir slėgis, STP). Įprastas sąlygas IUPAC (Tarptautinė praktinės ir taikomosios chemijos sąjunga) apibrėžia taip: Atmosferos slėgis 101325 Pa = 760 mm Hg Oro temperatūra 273,15 K = 0° C.

Standartinės sąlygos (Standard Ambient Temperature and Pressure, SATP) yra normali aplinkos temperatūra ir slėgis: slėgis 1 Bar = 10 5 Pa = 750,06 mm T. Art.; temperatūra 298,15 K = 25 °C.

Kitos sritys.

Oro kokybės matavimai.

Matuojant kenksmingų medžiagų koncentraciją darbo zonos ore, susidaro šios sąlygos: temperatūra 293 K (20 °C) ir slėgis 101,3 kPa (760 mm Hg).

Aerodinaminiai teršalų išmetimo parametrai turi būti matuojami pagal galiojančius vyriausybės standartus. Išmetamųjų dujų tūriai, gauti pagal instrumentinių matavimų rezultatus, turi būti sumažinti iki normalių sąlygų (normos): 0°C, 101,3 kPa..

Aviacija.

Tarptautinė organizacija civilinė aviacija(ICAO) apibrėžia tarptautinę standartinę atmosferą (ISA) jūros lygyje, kai temperatūra 15 °C, atmosferos slėgis 101325 Pa ir santykinė oro drėgmė 0%. Šie parametrai naudojami apskaičiuojant orlaivio judėjimą.

Dujų pramonė.

Dujų pramonė Rusijos Federacija atsiskaitydamas vartotojams, naudoja atmosferos sąlygas pagal GOST 2939-63: temperatūra 20°C (293.15K); slėgis 760 mm Hg. Art. (101325 N/m²); drėgnumas yra 0. Taigi kubinio metro dujų masė pagal GOST 2939-63 yra šiek tiek mažesnė nei „cheminėmis“ įprastomis sąlygomis.

Testai

Mašinų, prietaisų ir kitų techninių gaminių normalioms vertėms tikrinti klimato veiksniai Bandant gaminius (įprastomis klimato bandymo sąlygomis), priimama:

Temperatūra - plius 25°±10°С; Santykinė drėgmė – 45-80%

Atmosferos slėgis 84-106 kPa (630-800 mmHg)

Matavimo priemonių patikra

Dažniausių normalių įtakojančių dydžių vardinės vertės parenkamos taip: Temperatūra - 293 K (20 °C), atmosferos slėgis - 101,3 kPa (760 mm Hg).

Normavimas

Oro kokybės normatyvų nustatymo gairėse nurodoma, kad didžiausios leistinos koncentracijos atmosferos ore nustatomos normaliomis patalpų sąlygomis, t.y. 20 C ir 760 mm. rt. Art.

Kur m yra masė, M yra molinė masė, V yra tūris.

4. Avogadro dėsnis.Įkūrė italų fizikas Avogadro 1811 m. Identiškas bet kokių dujų tūris, paimtas toje pačioje temperatūroje ir slėgyje, turi tą patį molekulių skaičių.

Taigi, galime suformuluoti medžiagos kiekio sąvoką: 1 molis medžiagos turi dalelių, lygių 6,02 * 10 23 (vadinamą Avogadro konstanta)

Šio įstatymo pasekmė yra ta Normaliomis sąlygomis (P 0 = 101,3 kPa ir T 0 = 298 K) 1 molis bet kokių dujų užima tūrį, lygų 22,4 litro.

5. Boyle-Mariotte dėsnis

Esant pastoviai temperatūrai, tam tikro dujų kiekio tūris yra atvirkščiai proporcingas slėgiui, kuriame jis yra:

6. Gay-Lussac dėsnis

Esant pastoviam slėgiui, dujų tūrio pokytis yra tiesiogiai proporcingas temperatūrai:

V/T = konst.

7. Galima išreikšti ryšį tarp dujų tūrio, slėgio ir temperatūros sujungti Boyle-Mariotte ir Gay-Lussac įstatymus, kuris naudojamas dujų kiekiui konvertuoti iš vienos būklės į kitą:

P 0 , V 0 , T 0 - tūrio ir temperatūros slėgis normaliomis sąlygomis: P 0 =760 mm Hg. Art. arba 101,3 kPa; T 0 = 273 K (0 0 C)

8. Nepriklausomas molekulinės vertės įvertinimas masės M galima atlikti naudojant vadinamąjį idealiųjų dujų būsenų lygtis arba Clapeyrono-Mendelejevo lygtys :

pV=(m/M)*RT=vRT.(1.1)

Kur r - dujų slėgis uždaroje sistemoje, V- sistemos tūris, T - dujų masė, T - absoliuti temperatūra, R- universali dujų konstanta.

Atkreipkite dėmesį, kad konstantos reikšmė R galima gauti pakeičiant reikšmes, apibūdinančias vieną molį dujų normaliomis sąlygomis, į (1.1) lygtį:

r = (p V)/(T)=(101,325 kPa 22.4 l)/(1 mol 273K)=8,31J/mol.K)

Problemų sprendimo pavyzdžiai

1 pavyzdys. Dujų tūrio padidinimas iki normalių sąlygų.

Kokį tūrį (n.s.) užims 0,4×10 -3 m 3 dujų, esančių 50 0 C temperatūroje ir 0,954×10 5 Pa slėgyje?

Sprendimas. Norėdami padidinti dujų kiekį iki normalių sąlygų, naudokite bendrą formulę, sujungiančią Boyle-Mariotte ir Gay-Lussac dėsnius:

pV/T = p 0 V 0 / T 0 .

Dujų tūris (n.s.) lygus , kur T 0 = 273 K; p 0 = 1,013 × 10 5 Pa; T = 273 + 50 = 323 K;

M 3 = 0,32 × 10 -3 m 3.

Esant (normai) dujos užima tūrį, lygų 0,32×10 -3 m 3 .

2 pavyzdys. Santykinio dujų tankio apskaičiavimas pagal jų molekulinę masę.

Apskaičiuokite etano C 2 H 6 tankį pagal vandenilį ir orą.

Sprendimas. Iš Avogadro dėsnio išplaukia, kad santykinis vienų dujų tankis su kitomis yra lygus molekulinių masių santykiui. M val) šių dujų, t.y. D=M1/M2. Jeigu M 1 C2H6 = 30, M 2 H2 = 2, vidutinė oro molekulinė masė yra 29, tada santykinis etano tankis vandenilio atžvilgiu yra D H2 = 30/2 =15.

Santykinis etano tankis ore: D oras= 30/29 = 1,03, t.y. etanas yra 15 kartų sunkesnis už vandenilį ir 1,03 karto sunkesnis už orą.

3 pavyzdys. Dujų mišinio vidutinės molekulinės masės nustatymas santykiniu tankiu.

Apskaičiuokite vidutinę dujų mišinio, sudaryto iš 80 % metano ir 20 % deguonies (tūrio), molekulinę masę, naudodami santykinį šių dujų tankį vandenilio atžvilgiu.

Sprendimas. Dažnai skaičiavimai atliekami pagal maišymo taisyklę, kuri teigia, kad dviejų komponentų dujų mišinio dujų tūrių santykis yra atvirkščiai proporcingas mišinio tankio ir dujų, sudarančių šį mišinį, tankių skirtumams. . Santykinį dujų mišinio tankį vandenilio atžvilgiu pažymėkime D H2. jis bus didesnis nei metano tankis, bet mažesnis už deguonies tankį:

80D H2 – 640 = 320 – 20 D H2; D H2 = 9,6.

Šio dujų mišinio vandenilio tankis yra 9,6. vidutinė dujų mišinio molekulinė masė M H2 = 2 D H2 = 9,6 × 2 = 19,2.

4 pavyzdys. Dujų molinės masės apskaičiavimas.

0,327×10 -3 m 3 dujų masė 13 0 C temperatūroje ir 1,040×10 5 Pa slėgyje lygi 0,828×10 -3 kg. Apskaičiuokite dujų molinę masę.

Sprendimas. Dujų molinę masę galima apskaičiuoti naudojant Mendelejevo-Klapeirono lygtį:

Kur m– dujų masė; M– dujų molinė masė; R– molinė (universali) dujų konstanta, kurios reikšmė nustatoma priimtais matavimo vienetais.

Jei slėgis matuojamas Pa, o tūris – m3, tai R=8,3144×10 3 J/(kmol×K).